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      用于HMI應用的工具

      2015-07-03 11:47:07 人評論 次瀏覽 分類(lèi):產(chǎn)品項目設計

      操作員界面似乎比以往任何時(shí)候都要更加復雜和成熟,但它們之間的差別卻在于屏幕背后的東西。
        為您的操作構建一種有效的人機界面(HMI)純粹是一種個(gè)人行為,因為每一種安裝都不一樣,都具有不同的要求、目標及需求。因此為您的操作創(chuàng )建一種合適的人機界面,意味著(zhù)需先徹底了解您的過(guò)程及其周邊系統然后再從能對它們進(jìn)行監控及調整的角度來(lái)創(chuàng )建對這些過(guò)程的反映。
        這項工作既簡(jiǎn)單又復雜,之所以說(shuō)它簡(jiǎn)單,是因為今天的 HMI 軟件內容豐富而且用戶(hù)友好,并能完成多種現成功能。但需清楚,很少有應用能用一種切甜餅的方式來(lái)進(jìn)行處理,但今天的大多數HMI軟件已能進(jìn)行廣泛的定制,因此可針對具體要求對應用進(jìn)行裁減。
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       選擇一種工具
        HMI軟件可集成多種工具來(lái)幫助簡(jiǎn)化今天的界面系統開(kāi)發(fā)。無(wú)論是Excel、XML、VB,還是OPC、C++或C#,都能按用戶(hù)的想象或要求來(lái)使用。這些標準編程語(yǔ)言可用來(lái)創(chuàng )建生動(dòng)的過(guò)程、滲透過(guò)防火墻、在互聯(lián)網(wǎng)上沖浪以及處理數據等等。
        選擇何種方式來(lái)創(chuàng )建或加強您的HMI,在很大程度上取決于您個(gè)人的偏好及能力,永遠都不會(huì )有“唯一”的方式。因此有人可能會(huì )用VB來(lái)創(chuàng )建應用,但需要將OPC用于運行時(shí)間通信。簡(jiǎn)單應用可能只需要現成的配置,但較為精細的系統則可能需要用C++或C#來(lái)進(jìn)行詳細的加強。適合于大多數HMI軟件、以及可充當添加件的符號庫及ActiveX控制,可用來(lái)進(jìn)一步幫助您定制應用。一些供應商還為特定行業(yè)提供特定套裝軟件,半導體及汽車(chē)行業(yè)就是其中兩個(gè)很好的例子。
        編程工具的選擇可委托供應商進(jìn)行,企業(yè)常常需要一種能跨整個(gè)企業(yè)建立一致性的公共編程工具或方法。例如,大型企業(yè)一般都會(huì )為其遍布全球的工廠(chǎng)開(kāi)發(fā)一系列企業(yè)標準,并且其政策還規定必須用一致的方式來(lái)開(kāi)發(fā)標準HMI以外的相關(guān)應用,以及必須將開(kāi)發(fā)出的程序移植回工廠(chǎng)已安裝的HMI軟件中來(lái)增加所需的界面。
        用來(lái)創(chuàng )建可通過(guò)HMI進(jìn)行邏輯訪(fǎng)問(wèn)的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言,一般都具有它們自己的特性。梯形邏輯對于北美很多人來(lái)說(shuō)是直接和易于理解的;而VB則很直觀(guān),而且通過(guò)它更容易學(xué)會(huì )大多數編程語(yǔ)言;但C++不能進(jìn)行交互、且更復雜而且確實(shí)很難使用;XML的廣泛使用使其成為一種常見(jiàn)及普通的開(kāi)發(fā)工具,它只有很少的語(yǔ)法因此相當容易學(xué)習,而且還能用來(lái)跨行業(yè)構建各種不同類(lèi)型的HMI。
        但并非總是需要對HMI進(jìn)行編程。今天大多數HMI都是面向配置設計的,因此非編程人員或只擁有很少編程背景的人員,都能用很少的工作來(lái)創(chuàng )建相當有效的系統。通過(guò)用戶(hù)友好的GUI(圖形用戶(hù)界面)、填空式屏幕及一些培訓,大多數工程師即很容易使用配置及專(zhuān)用腳本工具來(lái)完成他們所期望的工作。
        西門(mén)子自動(dòng)化部HMI產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Paul Shelton是這樣看的:“無(wú)論軟件是生成VBA、XML還是生成其他什么東西,用戶(hù)都不應該必須去關(guān)心采用什么樣的代碼。我們希望能使配置時(shí)間最少,并提供一組易于配置的工具,而且如果應用需要的話(huà),還能對這些工具還進(jìn)行擴展”。西門(mén)子開(kāi)發(fā)出的兩種主要HMI軟件解決方案包括:具有全SCADA(監視控制及數據采集)特性的WinCC及其既往產(chǎn)品,以及面板配置工具ProTool。
        “如果我們用配置工具來(lái)完成我們的工作,則能減少我們完成項目所需的定制數額。有了HMI配置軟件,你就能說(shuō),OK,這是一個(gè)泵,我只需在屏幕上拖放一個(gè)智能對象,然后再敲入一個(gè)參數就可以了。如果你想要訪(fǎng)問(wèn)其他屬性或者增加腳本,則不難訪(fǎng)問(wèn)到高級配置層次。當配置完成后,你也很容易將新的定制對象增加到你的庫中。另外,公開(kāi)公共配置參數可縮短你的開(kāi)發(fā)時(shí)間。但如果我想訪(fǎng)問(wèn)其他細節的話(huà),我也擁有這樣的能力--如果我需要的話(huà)”。

       

        配置、腳本及程序
        如果這些現成的配置工具還不夠用,那么你可以通過(guò)增加簡(jiǎn)單的腳本并將其放入可用添加件中,即可獲得所需要的結果?!澳_本語(yǔ)言使我們能做更多的事情”,Omron Electronics培訓師Thad McCoy指出,ActiveX控制程序就是一個(gè)這樣的例子,“你可以從互聯(lián)網(wǎng)上下載一個(gè)MP3 ActiveX控制程序,并將其腳本編成:‘當條件滿(mǎn)足時(shí)特定播放器才會(huì )啟動(dòng)并播放指定的MP3文件’。這種形式的添加對于建立像告警這樣的特性非常有用,因為它工作得很好”。

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      ActiveX控制使用戶(hù)很容易用他們自己的HMI來(lái)完成更多的工作。這些包含圖形組件的容器可用來(lái)顯示或運行過(guò)程。它們可從許多來(lái)源上得到,并可用作允許用戶(hù)啟用或運行第三方程序的橋梁。ActiveX控制可用于數據庫訪(fǎng)問(wèn)、告警、基本趨勢及更多。
        如果腳本語(yǔ)言具有足夠綜

      合的功能,則大多數應用可以只使用腳本來(lái)進(jìn)行構建,因為你并非總是需要編程,Wonderware公司可視化產(chǎn)品經(jīng)理Keith Jones解釋說(shuō),但每一種應用都需要有一定數量的定制?!耙驗槿魏我环N操作都需要增添其自己的畫(huà)面及組件”,他說(shuō),“所以你總是需要編制少量的腳本,即使它是一行用來(lái)在你按下按鈕時(shí)啟動(dòng)一個(gè)應用這樣簡(jiǎn)單的指令。Wonderware公司提供的InTouch就采用了通常比編程更易于使用的腳本語(yǔ)言”。
        InTouch被設計用來(lái)為操作員及管理人員提供可接近過(guò)程的工廠(chǎng)可視化,并與工廠(chǎng)控制設備進(jìn)行接口和連接?!坝脩?hù)可配置使他能看見(jiàn)過(guò)程并與其進(jìn)行交互的任何東西。如果用戶(hù)想要轉動(dòng)一條傳送帶,則他可使用InTouch中的WindowMaker(窗口產(chǎn)生器)來(lái)自己完成,或者從現有庫中取出一個(gè)這樣的程序,今天有很多這樣的庫可以使用。你可以將一個(gè)項目拖放到你的應用中,并將它與幾個(gè)I/O點(diǎn)或標簽進(jìn)行掛鉤,這樣,當傳送帶活動(dòng)動(dòng)時(shí)它也跟著(zhù)移動(dòng)”。
        InTouch軟件的SymbolFactory(符號工廠(chǎng))擁有3000條項目,從簡(jiǎn)單的管子到熔爐等。而第三方供應商則能提供數千條以上的項目。

       

        當需要更多東西時(shí)
      與容易用最少的編程來(lái)創(chuàng )建應用同樣重要的是,在需要時(shí)要能對應用進(jìn)行擴展?!皼](méi)有哪種現成的HMI軟件可滿(mǎn)足所有用戶(hù)的需求”,Rockwell Software HMI產(chǎn)品業(yè)務(wù)經(jīng)理Pradeep David承認,“因此我們所有的產(chǎn)品都允許使用VB,因為我們嵌入了Visual Basic for Applications (VBA)。例如鋼鐵行業(yè)中的應用經(jīng)常會(huì )使用計算,而VB則能提供擴展HMI所需的工具。在我們這種情況下,如果你想要完成比我們的HMI所提供的現成功能更多的事情,則RSView擁有能使你通過(guò)VBA來(lái)創(chuàng )建標簽/屏幕以及從外部修改HMI行為的對象模型。這是一種使HMI能完成起初并未賦予它的某些功能的強大而有效的方法”。
        誠然,人們要求HMI軟件能做更多的事情,但關(guān)鍵在于它如何通過(guò)自動(dòng)功能以及為用戶(hù)提供增加特性來(lái)完成這些事情。National Instruments公司的LabVIEW平臺經(jīng)理Norma Dorst給出了這樣的評述:“靈活的軟件使系統集成盡可能容易進(jìn)行,它必須在最底層實(shí)現I/O集成,亦即從PLC及儀表到DAQ系統等,HMI都必須能與這一層進(jìn)行集成”。
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      HMI還必須能與通信及系統管理層進(jìn)行集成,她繼續說(shuō),像XML、.Net及ActiveX這樣的工具,都在這一層起作用,以幫助實(shí)現所有的集成及HMI 中所需的集成。她指出,NI公司提供的LabVIEW,即可幫助實(shí)現HMI與XML電子表格的通話(huà),并在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行通信?!叭绻悴恍枰@種經(jīng)過(guò)精心設計的通信,那么你不必為這些特性操心,但有些SCADA系統卻需要有這樣的特性。大多數HMI供應商都在擔心管理層,但嵌入層也一樣重要”。
        除創(chuàng )建應用外,HMI系統還必須能公開(kāi)地與各種元素進(jìn)行通信。這種供應商多樣性及設備差異性,使得用戶(hù)今天必須強制使用其他軟件工具(如由OPC基金提供的軟件工具等)。以客戶(hù)機及服務(wù)器能力,OPC規范可將對象與設備相連,并充當各系統間的仲裁及橋梁。OPC服務(wù)器通過(guò)從客戶(hù)機(或程序)上獲取信息并將其轉化成可理解的格式,實(shí)現了第三方軟件與完全不同硬件之間的通信。
        Rockwell公司的Pradeep David評述說(shuō):“所有HMI軟件都需要成為OPC服務(wù)器及客戶(hù)程序,因為很少有用戶(hù)能確切知道他的系統需要與哪家或多少供應商提供的硬件進(jìn)行通信。很多HMI都需要進(jìn)行上至MES層、下至設備或部件層的通信,OPC即是一個(gè)可完成這種任務(wù)的機制”。

        擴展應用
        GE Fanuc公司Intellution產(chǎn)品部HMI/SCADA產(chǎn)品市場(chǎng)總監Roy Kok建議在HMI軟件中尋求靈活性,但重要的是要能集成盡可能多的功能。用戶(hù)希望能將我們的標準軟件完全轉換成他們唯一擁有的程序。GE Fanuc Automation提供兩種HMI軟件套裝:面向離散的Complicity HMI--一種由事件驅動(dòng)且更適合于汽車(chē)及機器控制應用的軟件,以及面向過(guò)程的iFix--一種由時(shí)間驅動(dòng)且針對過(guò)程應用中常見(jiàn)的分析及連續控制應用(如石油天然氣、供水及廢水處理行業(yè)中的控制應用等)的軟件。這兩種產(chǎn)品都支持像食品飲料、建筑物管理及電力供應這樣的混合市場(chǎng)。
        Kok認為,你應該能使用一種像Cimplicity HMI這樣的標準HMI軟件,將它安裝在一臺機器上,且不用自己去編程。&

      ldquo;你不必去編腳本或用VBA來(lái)完成一個(gè)應用”,他堅持說(shuō),“你要做的就是指向和點(diǎn)擊鼠標、選擇標簽名稱(chēng)、拖動(dòng)圖標并鏈接操作。從理論上說(shuō),市場(chǎng)需要簡(jiǎn)單易用的產(chǎn)品”。
        “但我們正在看到系統越來(lái)越多的集成,HMI已不再僅僅是監視工廠(chǎng)運行”,他繼續說(shuō),“它還帶有關(guān)系數據庫,因此它能提供定單或進(jìn)度信息,它還能進(jìn)行上下通信及交互。我們甚至有客戶(hù)希望他們的HMI產(chǎn)品能為其業(yè)務(wù)運營(yíng)提供一個(gè)有關(guān)所有操作員的視圖”。
        Omron的McCoy評述說(shuō),“大多數HMI產(chǎn)品都有增加插件及創(chuàng )建程序的渠道,以便用戶(hù)能增強或擴展其HMI的功能”。 Omron開(kāi)發(fā)的HMI軟件--CX自動(dòng)化套件系列,可提供基于Microsoft Window技術(shù)的模塊化集成HMI解決方案。其工具覆蓋編程、仿真、通信、SCADA及應用功能。利用CX-Supervisor模塊,用戶(hù)能定制 HMI系統中的所有元素。它具有類(lèi)似的結構且感覺(jué)起來(lái)像VB,McCoy說(shuō),“它非常直觀(guān),且試圖使用戶(hù)能一步接一步地通過(guò)整個(gè)過(guò)程。ActiveX控制件還使我們能與特定設備進(jìn)行鏈接和通信”。
        由于擁有大多數程序,CX自動(dòng)化套件允許將第三方ActiveX控制件集成到HMI軟件中。而用戶(hù)也可用VB來(lái)編寫(xiě)一小段程序以執行一個(gè)操作。所提供的ActiveX控件使用戶(hù)很容易從Microsoft Excel及Visual Basic上進(jìn)行可靠的通信。

       

        向零編程HMI方向發(fā)展
        HMI會(huì )向哪個(gè)方向發(fā)展?
        “相互依賴(lài)”是一個(gè)操作用詞。HMI是整個(gè)自動(dòng)化系統中的一個(gè)--也僅僅是一個(gè)--方面,而且必須將它放在整個(gè)自動(dòng)化系統中來(lái)考慮,它是所有其他工廠(chǎng)自動(dòng)化功能的一個(gè)關(guān)鍵數據基礎。
        GE公司的Kok認為HMI系統正在向從一個(gè)軟件包上提供業(yè)務(wù)運營(yíng)的一個(gè)操作員視圖方向發(fā)展。為做到這一點(diǎn),HMI將在其圖形界面中托管許多第三方的內容,“HMI軟件需要成為可靠而又安全的ActiveX容器。如果你的圖形容器中擁有第三方內容的話(huà),那么你可能需要考慮犧牲你HMI環(huán)境的部分可靠性。我可能會(huì )從網(wǎng)上購買(mǎi)和下載ActiveX控制,并將它安裝到我的圖形界面中。我們還從來(lái)沒(méi)有在我們的系統中測試過(guò)它,也沒(méi)有在執行其他所有功能時(shí)試用過(guò)它,因此它有可能使我的系統崩潰。容器需要捕獲和隔離開(kāi)發(fā)中的問(wèn)題,并使它們不至于影響到應用的其他方面”,Kok說(shuō)。
      人們今天已經(jīng)能構建真正令人不可思議的HMI,NI公司的Dorst評述說(shuō),“我們現在真的在HMI成熟度上不再具有任何限制”,但她警告說(shuō),“如果你不向操作員示范一些有用的東西--如果它僅僅是漂亮的話(huà)--那它就毫無(wú)意義。但當它向操作員展示在精確性及對實(shí)時(shí)情況的掌握上有不同之處時(shí),則它就是操作員所需要的。你示范得越好,你的最終工廠(chǎng)或機器設計也就越好”。
        Dorst還相信,微軟公司的Visual Studio .Net已經(jīng)將一種全新的觀(guān)念帶到HMI開(kāi)發(fā)中?!癡B及VC++(Microsoft Visual C++)用戶(hù)希望能用一種更加結構化的語(yǔ)言來(lái)構建更加成熟的應用。Visual Studio .Net其實(shí)是功能更強大的VB與更容易使用的C及C++之間的折衷。人們會(huì )緩慢但確實(shí)地轉向Visual Studio .Net,而且我相信未來(lái)你將會(huì )看到它被人們更多地使用”。

        總之,未來(lái)將允許“更多”及“更少”。人們無(wú)疑將會(huì )看到HMI開(kāi)發(fā)過(guò)程的進(jìn)一步簡(jiǎn)化,這是一個(gè)被Rockwell公司的David稱(chēng)為“零編程 HMI”的概念。系統正在被開(kāi)發(fā)成完全“無(wú)標簽”,David解釋說(shuō),“你不用去創(chuàng )建標簽,你只需概念地在程序中創(chuàng )建一個(gè)像 [Autodesk Auto] CAD或 [Microsoft] Visio這樣的塊,然后這個(gè)塊會(huì )通過(guò)特定接口被翻譯成梯形邏輯或其他HMI程序。從某種意義上說(shuō),它為你工作,因此用戶(hù)只需花很少的時(shí)間來(lái)開(kāi)發(fā)HMI。很明顯,我們還沒(méi)有做到這一點(diǎn),但我相信你會(huì )看到在這方面將有大的動(dòng)作”。
        相反,隨著(zhù)最終用戶(hù)變得更加成熟以及對HMI產(chǎn)品更加了解,他們將通過(guò)修改現成的軟件來(lái)針對其過(guò)程及系統進(jìn)行更多的定制,以便能適合其業(yè)務(wù)運營(yíng)。HMI軟件的結構為用戶(hù)提供了這樣的機會(huì )和手段。

        應該從HMI軟件中尋找什么?


        以下是您在檢查HMI軟件及其工具時(shí)需要記住的幾個(gè)要點(diǎn):
        ■ 使用是否方便?
        ■

      配置過(guò)程是否簡(jiǎn)單?
        ■ 是否能進(jìn)行擴展?是否接受用戶(hù)開(kāi)發(fā)的組件以及將這些組件集成到已經(jīng)完成的應用中?
        ■ 是否能與未來(lái)版本兼容?
        ■ 是否耐用?是否是一種系統集成員容易使用的程序?
        ■ 是否方便實(shí)現I/O連接?
        ■ 是否能進(jìn)行擴展?是否能模塊化地擴展你創(chuàng )建的組件?
        ■ 程序塊是否能重復使用?

       

        Linux 如何?


        基于Linux的HMI最近受到了人們的極大關(guān)注,其中的原因很多,不僅僅是因為它的成本。Linux最初是由Linus Torvalds在全世界開(kāi)發(fā)人員的幫助下所創(chuàng )建的一種自由開(kāi)放式Unix操作系統。在GNU通用公共許可證下開(kāi)發(fā)的Linux源代碼,對任何人都是公開(kāi)的(詳情請訪(fǎng)問(wèn)下面列出的網(wǎng)站)
        盡管已有幾家供應商在提供或計劃提供基于Linux的設備,但人們對HMI所使用操作系統的適用性及可用性的觀(guān)點(diǎn)很不一樣。從Web 服務(wù)的觀(guān)點(diǎn)上講,Linux的功能極為強大。Rockwell Automation公司的Pradeep David說(shuō),“我認為L(cháng)inux在服務(wù)器端可發(fā)揮巨大的作用,而服務(wù)器成本現在已經(jīng)很低。但從客戶(hù)端角度來(lái)說(shuō),HMI則是一種胖客戶(hù)機,且到目前為止,Windows操作系統仍是桌面臺式機的******,但Linux將給制造環(huán)境帶來(lái)重大的沖擊”。
        然而,應用似乎正在進(jìn)行合并,而且一些廠(chǎng)商將很快會(huì )擁有安裝在某臺機器上的Linux HMI系統。Kemet電子公司的Joe Jansen相信,我們將很快看到一些用Linux完成的清蛋白液盒PC控制?!皬哪莾浩?,進(jìn)入嵌入式市場(chǎng)就會(huì )是一種自然的擴展”,他說(shuō),“基于 Linux的HMI屏幕確實(shí)存在,而且在許可證方面的情況也極好,它是免許可的”。
        好了,幾乎完全免費。西門(mén)子公司的Paul Shelton同意Linux在服務(wù)器端表現得很好,而且他估計Linux在服務(wù)器端的存在將會(huì )進(jìn)一步向前發(fā)展。至于說(shuō)到成本,Paul Shelton指出:“如果注意一下部分硬件的總擁有成本,其中有操作系統成本及應用和維護成本,但從'免費'操作系統上獲得的成本節省,將在以后長(cháng)期的維護及技術(shù)支持中逐漸消失。Microsoft操作系統目前是HMI行業(yè)的標準,這種標準化使開(kāi)發(fā)人員能將精力集中在易于共享信息的富特性應用上”。
        免費還是不免費并沒(méi)有明確的界定,正如Wonderware公司的Keith Jones所指出的,“我們的產(chǎn)品目前完全處于Windows環(huán)境下,而且我們也對此作出了承諾。我們目前還沒(méi)有任何改變或開(kāi)發(fā)基于Linux系統的計劃,但我們正在與用戶(hù)合作來(lái)共同開(kāi)發(fā)基于嵌入式Linux硬件的瘦客戶(hù)機,然后再將它們與一臺InTouch服務(wù)器相連。這是一種極可嵌入的技術(shù)而且還免費,它對于那些想要構建這種HMI屏幕的OEM們具有極大的吸引力,但這是我們用Linux所作的僅有一點(diǎn)工作”。
        GE Fanuc公司的Roy Kok同意這一觀(guān)點(diǎn),“自動(dòng)化世界長(cháng)期受Microsoft技術(shù)的驅動(dòng),人們希望在他們開(kāi)發(fā)及使用HMI系統時(shí)能利用Excel以及其他應用。你可以將一個(gè)帶有基本信息的文件輸入到Excel中,并將Excel用作一個(gè)開(kāi)發(fā)工具,然后再將它移植回HMI系統中。而這些工作在Linux環(huán)境下就很難完成,因此兼容性開(kāi)發(fā)工具其實(shí)并不存在”。
        “在操作系統不是關(guān)鍵因素的地方--瘦客戶(hù)機終端就是一個(gè)極好的例子--我們可以利用像Microsoft Terminal Services (微軟終端服務(wù))這樣的技術(shù)。Linux在這些應用中具有優(yōu)勢,這非常像CE”。

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